(57)【要約】【課題】フォトコロージョンの原因を特定するために好適に用いることができる研磨方法および研磨装置を提供する。【解決手段】本研磨方法は、研磨パッド２２上に研磨液を供給し、研磨液の存在下で、基板Ｗと研磨パッド２２とを摺接させて該基板Ｗを研磨し、基板Ｗの研磨中に、基板Ｗの表面に光を照射し、基板Ｗからの反射光を受光し、反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定し、少なくとも１つの所定の波長における反射光の強度に基づいて、基板Ｗの研磨の進捗を監視し、基板Ｗへの光の照射時間と、所定の波長範囲内の各波長での反射光の強度と、所定の波長範囲とを含む研磨条件を、基板Ｗが研磨された日時に関連付けて記憶装置５０に記憶させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド上に研磨液を供給し、
前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨し、
前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、
前記基板からの反射光を受光し、
前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定し、
少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視し、
前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを含む研磨条件を、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶装置に記憶させることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記研磨条件は、前記研磨液の種類をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨条件は、前記研磨液の濃度をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記研磨条件は、前記光の光源の種類をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記研磨条件は、前記基板の温度をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度の変化に基づいて、前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項７】
所定の波長における前記反射光の強度に前記光の照射時間を掛けて積算照射量を求め、
前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記光の照射時間が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項９】
前記基板と前記研磨パッドとを摺接させながら、前記基板を揺動させることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、予告研磨終点を検知し、
前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、
前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了させることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１１】
前記所定の波長範囲は、可視光線、紫外線、および赤外線の波長範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項１２】
研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨する相対移動機構と、
前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射する投光部と、
前記基板からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定する分光器と、
少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視する監視装置と、
前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１３】
前記研磨条件は、前記研磨液の種類をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１４】
前記研磨条件は、前記研磨液の濃度をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１５】
前記研磨条件は、前記光の光源の種類をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１６】
前記研磨条件は、前記基板の温度をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１７】
前記監視装置は、前記少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度の変化に基づいて、前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１８】
前記監視装置は、
所定の波長における前記反射光の強度に前記光の照射時間を掛けて積算照射量を求め、
前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項１９】
前記監視装置は、前記光の照射時間が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項２０】
前記基板を揺動させる揺動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項２１】
前記監視装置は、少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、予告研磨終点を検知し、
前記投光部は、前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、
前記相対移動機構は、前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了することを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【請求項２２】
前記所定の波長範囲は、可視光線、紫外線、および赤外線の波長範囲を含むことを特徴とする請求項１２に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式研磨終点検知装置を用いた基板の研磨方法および研磨装置に関し、特に、金属膜のフォトコロージョンの原因特定に好適に用いることができる研磨方法および研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、最上層の表面を平坦にする技術が重要となっている。このような平坦化の一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が用いられている。
【０００３】
この種の研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板（膜が形成されたウェハ）を保持するトップリングと、研磨液を研磨パッド上に供給する研磨液供給機構とを備えている。基板を研磨するときは、研磨液供給機構から研磨液を研磨パッド上に供給しながら、トップリングにより基板を研磨パッドに押し付け、さらにトップリングと研磨テーブルとを相対移動させることにより、基板を研磨して基板上の膜を平坦にする。
【０００４】
図１は、シリコンウェハの上に形成された多層配線構造を示す断面図である。シリコンウェハの上にはゲート構造を有する酸化膜１００が形成され、その上に複数層のＳｉＣＮ膜１０１および酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）１０２が形成されている。酸化膜１０２は層間絶縁膜として機能し、ＳｉＣＮ膜１０１はエッチストッパおよび層間絶縁膜の拡散防止層として機能する。酸化膜１０２にはトレンチ１０３およびビアプラグ１０４が形成されている。これらトレンチ１０３およびビアプラグ１０４の表面および酸化膜１０２の上面にはバリア膜（例えば、ＴａＮまたはＴａ）１０５が形成されている。さらに、バリア膜１０５の上には銅膜Ｍ２が形成されており、トレンチ１０３およびビアプラグ１０４は銅膜Ｍ２の一部によって満たされている。トレンチ１０３は配線パターンに従って形成されており、トレンチ１０３に充填された銅が金属配線を構成する。トレンチ１０３内の銅は、ビアプラグ１０４内の銅を介して下層の銅配線Ｍ１に電気的に接続されている。
【０００５】
トレンチ１０３およびビアプラグ１０４以外に形成された銅膜Ｍ２は、配線間の短絡を引き起こす不要な銅膜である。この不要な銅膜は上述した研磨装置によって研磨される。銅膜Ｍ２の研磨は、図１に示すように、おおよそ２つのステップに分けられる。第１のステップは、表面に露出した銅膜Ｍ２を除去する工程である。この第１のステップでは、金属である銅膜Ｍ２のみが研磨されるため、渦電流センサを用いて研磨の進捗が監視される。第２のステップは、露出した銅膜Ｍ２が除去された後、酸化膜１０２とともにトレンチ１０３内の銅を研磨する工程である。トレンチ１０３内の銅の高さは配線の抵抗を決定するため、第２のステップの研磨終点を正確に検知することは重要である。
【０００６】
図１から分かるように、第２のステップでは、主として酸化膜１０２が研磨される。したがって、第２のステップでは、光学式研磨終点検知装置を用いて研磨の進捗が監視される。この光学式研磨終点検知装置は、基板の表面に光を照射し、基板からの反射光に含まれる情報に基づいて研磨終点を判断する。光学式研磨終点検知装置は、投光部、受光部、および分光器を一般に備えている。分光器は、基板からの反射光を波長に従って分解し、波長ごとの反射強度を測定する。例えば、特許文献１に示す方法では、基板から戻ってくる反射光の強度（反射強度）にノイズ成分を除去するための所定の処理が施されて特性値が生成され、この特性値の時間的変化の特徴点（極大点または極小点）から研磨終点が検知される。
【０００７】
反射強度から生成される特性値は、図２に示すように、研磨時間とともに周期的に変化し、極大点と極小点が交互に現れる。これは、光同士の干渉による現象である。つまり、基板に照射された光は、媒質と膜との界面と、膜とこの膜の下地層との界面で反射し、これらの界面で反射した光が互いに干渉する。この光の干渉の仕方は、膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、基板から戻ってくる反射光の強度（すなわち反射強度）は、膜の厚さに従って周期的に変化する。上述した光学式研磨終点検知装置は、図２に示すように、研磨開始後に現れる特性値の変化の特徴点（極大点または極小点）の数をカウントし、特徴点の数が所定の数に達した時点に基づいて、研磨終点を決定する。
【０００８】
特性値は、波長ごとの反射強度を基にして得られる指数（スペクトラル・インデックス）である。具体的には、次の式（１）を用いて求められる。
特性値（Spectral  Index）＝ref（λ１）／（ref（λ１）＋ref（λ２）＋…
＋ref（λｋ））  ・・・（１）
ここで、λは光の波長を表し、ref（λｋ）は、波長λｋにおける反射強度を表す。なお、特性値の算出に使用される光の波長λの数は、好ましくは、２つまたは３つである（すなわち、ｋ＝２または３）。
【０００９】
式（１）から分かるように、反射強度を反射強度で割ることによって、反射強度に含まれるノイズ成分が除去された特性値を得ることができる。なお、特性値ではなく、反射強度そのものを監視してもよい。この場合も、図２のグラフと同様に、反射強度は研磨時間に従って周期的に変化するので、反射強度の変化から研磨終点を検出することができる。
【００１０】
このように、光学式研磨終点検知装置は、酸化膜などの光透過性を有する膜の研磨に好適に用いられるのであるが、光学式研磨終点検知装置を銅などの金属膜の研磨に用いた場合、フォトコロージョンを引き起こすおそれがある。このフォトコロージョンとは、物質に光を当てると光起電力が生じ、この光起電力によって物質内を電流が流れて該物質が腐食する現象である。このフォトコロージョンは、金属配線の抵抗を変化させ、製品としての半導体デバイスの欠陥につながる。このため、フォトコロージョンを防止することは、半導体デバイスの製造工程における重要な課題の一つとされている。
【００１１】
フォトコロージョンは、液体の存在下で起こりやすいと考えられている。基板の研磨では、研磨液が使用されるため、基板の研磨中にフォトコロージョンの発生を防ぐことは重要である。一般に、フォトコロージョンは、光の照度（単位：ルクス）に依存して発生すると考えられている。しかしながら、フォトコロージョンが発生するときの詳細な条件については未だ不明な点が多く、結果としてフォトコロージョンを未然に防止することが困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１５４９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、フォトコロージョンの原因を特定するために好適に用いることができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッド上に研磨液を供給し、前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨し、前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、前記基板からの反射光を受光し、前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定し、少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視し、前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを含む研磨条件を、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶装置に記憶させることを特徴とする研磨方法である。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨液の種類をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨液の濃度をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記光の光源の種類をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記基板の温度をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度の変化に基づいて、前記基板の研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、所定の波長における前記反射光の強度に前記光の照射時間を掛けて積算照射量を求め、本発明の好ましい態様は、前記積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記光の照射時間が所定のしきい値に達したときに、警告を発することを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記基板と前記研磨パッドとを摺接させながら、前記基板を揺動させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、予告研磨終点を検知し、前記予告研磨終点が検知されたときに前記基板への前記光の照射を停止し、前記予告研磨終点の検知から所定の時間が経過したときに前記基板の研磨を終了させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の波長範囲は、可視光線、紫外線、および赤外線の波長範囲を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の態様は、研磨パッド上に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液の存在下で、基板と前記研磨パッドとを摺接させて該基板を研磨する相対移動機構と、前記基板の研磨中に、前記基板の表面に光を照射する投光部と、前記基板からの反射光を受光する受光部と、前記反射光を波長に従って分解して、所定の波長範囲に亘って前記反射光の強度を測定する分光器と、少なくとも１つの所定の波長における前記反射光の強度に基づいて、前記基板の研磨の進捗を監視する監視装置と、前記基板への前記光の照射時間と、前記所定の波長範囲内の各波長での前記反射光の強度と、前記所定の波長範囲とを、前記基板が研磨された日時に関連付けて記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、研磨された基板に関連して記憶された光の照射時間、光の強度、光の波長などの研磨条件を、フォトコロージョンの原因の究明に使用することができる。さらに、フォトコロージョンの原因が一旦特定されれば、その原因とされる研磨条件を避けることにより、フォトコロージョンを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】シリコンウェハの上に形成された多層配線構造を示す断面図である。
【図２】研磨中に変化する特性値を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は、本実施形態に用いられる研磨終点検知方法を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。
【図４】研磨テーブルがＮ−１回転目のときに取得された分光波形と、研磨テーブルがＮ回転目のときに取得された分光波形を示すグラフである。
【図５】研磨終点検知装置を組み込んだ研磨装置を模式的に示す断面図である。
【図６】トップリングを揺動させる揺動機構を示す側面図である。
【図７】図５に示す研磨装置の他の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図３（ａ）は、本実施形態に用いられる研磨終点検知方法を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、研磨対象となる基板Ｗは、下地層（例えば、シリコン層やＳｉＮ膜）と、その上に形成された膜（例えば、光透過性を有するＳｉＯ２などの絶縁膜）を有している。投光部１１および受光部１２は、基板Ｗの表面に対向して配置される。基板Ｗの研磨中は、図３（ｂ）に示すように、研磨テーブル２０および基板Ｗが回転し、研磨テーブル２０上の研磨パッド（図示せず）と基板Ｗとの相対移動により基板Ｗの表面が研磨される。
【００２２】
投光部１１は、基板Ｗの表面に対してほぼ垂直に光を照射し、受光部１２は基板Ｗから戻ってくる光を受光する。投光部１１および受光部１２は、研磨テーブル２０が一回転するたびに基板Ｗを横切って移動する。このとき、投光部１１は、基板Ｗの中心部を含む複数の測定点に光を投光し、受光部１２は反射光を受光する。受光部１２には分光器１３が接続されており、分光器１３は、反射光の強度（すなわち反射強度）を波長ごとに測定する。より具体的には、分光器１３は、反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って波長ごとの反射強度を表す分光波形（分光プロファイル）を生成する。分光器１３には監視装置１５が接続されており、監視装置１５によって分光波形が監視されている。
【００２３】
この分光波形は、研磨テーブル２０が一回転するたびに取得される。通常、基板Ｗの研磨中は研磨テーブル２０の回転速度は一定であるので、分光波形は研磨テーブル２０の回転速度によって決定される所定の時間間隔で取得される。なお、研磨テーブル２０が所定回数（例えば、２回または３回）回転するたびに分光波形を取得するようにしてもよい。
【００２４】
図３（ａ）において、膜の屈折率をｎ、膜に接触している媒質の屈折率をｎ’、下地層の屈折率をｎ”とする。膜の屈折率ｎが媒質の屈折率ｎ’よりも大きく、下地層の屈折率ｎ”が膜の屈折率ｎよりも大きい場合（ｎ’＜ｎ＜ｎ”）は、媒質と膜との界面および膜と下地層との界面で反射する光の位相は、入射光に対してπだけずれる。基板からの反射光は、媒質と膜との界面で反射した光と、膜と下地層との界面で反射した光とが干渉した光であるので、反射光の強さは、２つの光の位相差によって変化する。したがって、膜の厚さの変化（すなわち光路長の変化）に応じて、反射強度は周期的に変化する。
【００２５】
図４は、研磨テーブルがＮ−１回転目のときに取得された分光波形と、研磨テーブルがＮ回転目のときに取得された分光波形を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、横軸は波長を表し、縦軸は反射強度を示す。図４から分かるように、分光波形は、反射光の波長に従った反射強度の分布である。研磨中に取得される分光波形は、膜厚の減少に従って変化する。図４に示すように、研磨テーブル２０がＮ−１回転目のときに取得された分光波形と、研磨テーブル２０がＮ回転目のときに取得された分光波形とは、全体として異なった形状を有している。これは、膜厚によって反射強度が変化していることを示している。
【００２６】
監視装置１５は、反射強度が分光器１３によって測定されるたびに、１つまたは複数の所定の波長での反射強度から上記式（１）を用いて特性値（スペクトラル・インデックス）を計算する。さらに、監視装置１５は、この特性値の変化の特徴点（極大点または極小点）の数をカウントし、特徴点の数が所定の値に達した時点に基づいて、研磨終点を決定する。
【００２７】
図５は、研磨終点検知装置を組み込んだ研磨装置を模式的に示す断面図である。図５に示すように、研磨装置は、研磨パッド２２を支持する研磨テーブル２０と、基板Ｗを保持して研磨パッド２２に押圧するトップリング２４と、研磨パッド２２に研磨液（スラリ）を供給する研磨液供給ノズル２５とを備えている。研磨テーブル２０は、その下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、軸心周りに回転可能になっている。研磨パッド２２は、研磨テーブル２０の上面に固定されている。
【００２８】
研磨パッド２２の上面２２ａは、基板Ｗを研磨する研磨面を構成している。トップリング２４は、トップリングシャフト２８を介してモータ及び昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これにより、トップリング２４は昇降可能かつトップリングシャフト２８周りに回転可能となっている。このトップリング２４の下面には、基板Ｗが真空吸着等によって保持される。
【００２９】
トップリング２４の下面に保持された基板Ｗはトップリング２４によって回転させられつつ、回転している研磨テーブル２０上の研磨パッド２２にトップリング２４によって押圧される。このとき、研磨液供給ノズル２５から研磨パッド２２の研磨面２２ａに研磨液が供給され、基板Ｗの表面と研磨パッド２２との間に研磨液が存在した状態で基板Ｗの表面が研磨される。本実施形態においては、基板Ｗと研磨パッド２２とを摺接させる相対移動機構は、研磨テーブル２０およびトップリング２４によって構成される。
【００３０】
研磨テーブル２０には、その上面で開口する孔３０が形成されている。また、研磨パッド２２には、この孔３０に対応する位置に通孔３１が形成されており、孔３０と通孔３１とは連通している。通孔３１は、研磨面２２ａで開口しており、通孔３１の径は約３〜６ｍｍである。孔３０は液体供給路３３およびロータリージョイント３２を介して液体供給源３５に連結されている。研磨中は、液体供給源３５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が孔３０に供給され、基板Ｗの下面と通孔３１とによって形成される空間を満たし、液体排出路３４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光の光路が確保される。液体供給路３３には、研磨テーブル２０の回転に連動して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔３１の上に基板Ｗが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。
【００３１】
研磨装置は、上述した方法に従って研磨終点を検出する研磨終点検知装置を有している。この研磨終点検知装置は、光を基板Ｗの被研磨面に照射する投光部１１と、基板Ｗから戻ってくる光を受光する受光部としての光ファイバー１２と、光ファイバー１２によって受光された光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って波長ごとの反射強度を測定する分光器１３と、分光器１３によって得られた反射強度を用いて特性値（上記式（１）参照）を算出し、この特性値に基づいて研磨の進捗を監視する監視装置１５とを備えている。
【００３２】
投光部１１は、光源４０と、光源４０に接続された光ファイバー４１とを備えている。光ファイバー４１は、光源４０の光を基板Ｗの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー４１は、光源４０から孔３０を通って基板Ｗの被研磨面の近傍位置まで延びている。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、トップリング２４に保持された基板Ｗの中心に対向して配置され、研磨テーブル２０が回転するたびに基板Ｗの中心を含む領域に光が照射されるようになっている。
【００３３】
光源４０としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、キセノンフラッシュランプなどを用いることができる。光ファイバー４１と光ファイバー１２は互いに並列に配置されている。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、基板Ｗの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー４１は基板Ｗの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。
【００３４】
基板Ｗの研磨中は、投光部１１から光が基板Ｗに照射され、受光部としての光ファイバー１２によって基板Ｗからの反射光が受光される。光が照射される間、孔３０には水が供給され、これにより、光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端と、基板Ｗの表面との間の空間は水で満たされる。分光器１３は、波長ごとに反射光の強度を測定し、監視装置１５は、上述したように、特性値に基づいて研磨終点を検知する。なお、特性値ではなく、所定の波長における反射光の強度そのものを監視してもよい。この場合も、図２のグラフと同様に、反射光の強度は研磨時間に従って周期的に変化するので、反射光の強度の変化から研磨終点を検出することができる。
【００３５】
監視装置１５は、基板への光の照射時間と、基板に照射される光の強度と、光の波長を記憶する記憶装置５０を有している。基板に照射される光の強度は、基板からの反射光の強度を分光器１３で測定することによって求められる。すなわち、記憶装置５０には、分光器１３によって波長ごとに求められた反射光の強度が記憶される。記憶装置５０に記憶される光の波長は、分光器１３が計測可能な波長範囲である。分光器１３が計測可能な波長範囲は、例えば、４００〜８００ｎｍである。この波長範囲内で測定された光の強度が、対応する波長に関連付けられて記憶される。
【００３６】
フォトコロージョンは、光の強さのみならず、光の波長にも関係する可能性がある。さらに、可視光線のみならず、紫外線および／または赤外線もフォトコロージョンの発生に影響する可能性がある。このような観点から、分光器１３は、可視光線、紫外線、赤外線を含む広い波長範囲に亘ってエネルギーとしての光の強度を測定する。このような広い波長範囲に亘って光の強度を計測および記憶することにより、フォトコロージョンと波長との関係を調べることができる。
【００３７】
フォトコロージョンの発生は、基板の研磨中には判断することができない。最終製造工程の後、製品としてのデバイスが正常に動作しているかどうかを検査して初めてコロージョンの発生を判断することができる。記憶装置５０には、光の照射時間、光の強度、光の波長などの研磨条件は、個々の基板の研磨が行われた日時に関連付けられて記憶される。したがって、ある基板にフォトコロージョンが起きた場合には、その基板が研磨された日時に記憶された光の照射時間、光の強度、および光の波長などの研磨条件を特定することができる。
【００３８】
フォトコロージョンを未然に防ぐために、監視装置１５は、所定の波長における反射光の強度に照射時間を掛けることによって積算照射量を算出し、この積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発することが好ましい。または、単に上記照射時間が所定のしきい値に達したときに、監視装置１５から警告を発するようにしてもよい。
【００３９】
記憶装置５０に記憶すべき研磨条件は、フォトコロージョンの原因となり得る要素である。例えば、研磨液として用いられるスラリの種類や濃度、基板の温度、研磨室内の環境光なども、フォトコロージョンの原因となり得る。したがって、上述した光の照射時間、強度、および光の波長に加えて、スラリの種類および濃度、基板の温度、および研磨室内の環境光の情報（照射時間、強度、波長）を記憶装置５０に記憶することが好ましい。基板の温度は、研磨面の温度をサーモグラフィなどの温度センサを用いて測定するか、または、液体排出路３４を通じて排出される水の温度を測定することによって間接的に測定することができる。
【００４０】
研磨室内の環境光の強度は、受光部１２が基板に対向していないときに受光部１２を介して分光器１３により測定することができる。この場合、所定の波長における環境光の強度に照射時間を掛けることによって環境光の積算照射量を算出してもよい。さらに環境光の積算照射量と上述した光源４０の光の積算照射量と加算し、加算された積算照射量が所定のしきい値に達したときに、警告を発するようにしてもよい。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、光源４０からの光は、研磨テーブル２０が回転するたびに、基板Ｗの中心部に照射される。したがって、基板Ｗの中心部が最もフォトコロージョンが起こりやすい箇所である。そこで、基板Ｗの中心部への光の過度な照射を避けるために、基板Ｗの研磨中に、トップリング２４を揺動させることが好ましい。図６は、トップリング２４を揺動させる揺動機構を示す側面図である。図６に示すように、揺動機構は、トップリングシャフト２８に連結される揺動アーム５１と、揺動アーム５１を支持する揺動軸５２と、揺動軸５２をその軸心周りに所定の角度だけ回転させる駆動機構５３とを備えている。トップリングシャフト２８は揺動アーム５１の一端に連結され、揺動軸５２は揺動アーム５１の他端に連結されている。駆動機構５３は、例えば、モータと減速ギアから構成される。この駆動機構５３を駆動することで、揺動アーム５１が揺動し、これによりトップリング２４が揺動する。トップリング２４の揺動方向は特に限定されないが、研磨テーブル２０の径方向に揺動させることが好ましい。
【００４２】
トップリング２４の揺動に代えて、またはトップリング２４の揺動に加えて、研磨テーブル２０が複数回回転するごとに１回基板の中心部に光を照射するようにしてもよい。さらに、光源４０として、定常光を発するハロゲンランプと、パルス光を発するキセノンフラッシュランプとの２種類の光源を備えて、ハロゲンランプまたはキセノンフラッシュランプを選択的に使用してもよい。
【００４３】
フォトコロージョンは、一般に、金属膜の表面に起こる。したがって、研磨中にフォトコロージョンが起こったとしても、腐食した箇所は研磨パッドとの摺接により除去される。そこで、実際の研磨終点よりもやや早い所定の予告研磨終点を検知し、この予告研磨終点が検知されたときに、光源４０からの光の照射を停止し、そして、予告研磨終点から所定の時間が経過した時点で基板の研磨を終了させることが好ましい。予告研磨終点は、図２に示すグラフにおいて、実際の研磨終点よりもやや早い時点に設定される。このように、光を基板に照射しないで基板をオーバーポリッシュすることにより、フォトコロージョンが発生した箇所を除去することができる。
【００４４】
図７は、図５に示す研磨装置の他の変形例を示す断面図である。図７に示す例では、液体供給路、液体排出路、液体供給源は設けられていない。これに代えて、研磨パッド２２には透明窓４５が形成されている。投光部１１の光ファイバー４１は、この透明窓４５を通じて研磨パッド２２上の基板Ｗの表面に光を照射し、受光部としての光ファイバー１２は、透明窓４５を通じて基板Ｗからの反射光を受光する。その他の構成は、図５に示す研磨装置と同様である。
【００４５】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００４６】
１１      投光部
１２      受光部
１３      分光器
１５      監視装置
２０      研磨テーブル
２２      研磨パッド
２４      トップリング
２５      研磨液供給ノズル
２８      トップリングシャフト
３０      孔
３１      通孔
３２      ロータリージョイント
３３      液体供給路
３４      液体排出路
３５      液体供給源
４０      光源
４１      光ファイバー
４５      透明窓
５０      記憶装置
５１      揺動アーム
５２      揺動軸
５３      駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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